理应已知的赫伍德范例 . Y& U; j" ~) x 5 Y {- L: o9 k弗雷德·霍罗伊德和罗伯特·格兰丁·米勒 & E# B& y9 Q( f% N $ _/ [* V# E' V# a6 I, e; [ 6 O* q0 \. }3 Q( q, |% F" m(1990年10月23日收到) ; m; e/ S9 m( P' j- j ; e# Y; D, T1 M: E, l4 q* R( s7 O! C5 G @+ M
在任一平面图G中,用四色正确地对每一顶点x染色,使得G中任意相邻点V、W不同色.然后用Gw(V)[x(v),x(w)]表示肯普构形的容量__容纳G中极大连接[x(v),x(w)]的色链。 / ~- }) E/ K* d3 U6 Y6 I. [7 b6 Q& U$ D/ y }* e* M
假定这时画好的G中,含有显示四色的5度不定平面x和另外所有3度平面,并对不定面顶点顺时针附加标记1—5,那么上述标记1和3具有相同色。 3 b, o7 E# z5 ]/ R ' z- d+ b5 {! c* w+ }7 d 肯普试图证明四色定理,论述如下:如果G4(2)≠G2(4)(或G5(3)≠G3(5)),那么交换G4(2)(或G5(3)),使得染色数减少为3,结论成立。如果G4(1)≠G1(4),G5(3)≠G3(5),那么同时交换G1(4)和G5(3),使得染色数再次减少到3。赫伍德对这一本质结论作出反驳。他在显示图中实行颠倒染色G4(1),产生G3(5)= G5(3),或者实行颠倒染色G5(3),产生G4(1)6 g, A" A5 j& ]7 a4 y7 t0 `
2 J i5 U, Y1 G% @: x= G1(4)。(看图1,在肯普构形中G4(1)和G5(3)画粗线)。拥有这种染色特征的图称为赫伍德图形,这种染色叫作赫伍德染色。并分别按顺时针方向对G4(1),逆时针方向对G5(3)作赫伍德染色叫作顺时针.逆时针赫伍德颠倒。当对图1作逆时针赫伍德颠倒时,结果使图2中顶点逆时针倒转,表明不定面顶点的新染色数周期变化。这里G4(1)被表为黑体,G5(3)用阴影线表示。这个反例足以反驳肯普结论。但应注意,图2染色已不再是赫伍德染色。了解这一点,进而实行逆时针赫伍德颠倒,从而得到图3的染色。如果继而对黑体表示的Y—R构件实行肯普颠倒,事实上是沿不定面的染色系统去掉Y,只要开始时用顺时针赫伍德颠倒图1所示图,可得到同样结果。 , b* C D* n8 m, Q, r3 f1 {5 z # J" R7 G3 v2 x2 P$ m2 `- o 赫伍德反例因而处于开放的可能性。通过一个或一系列赫伍德颠倒,每个赫伍德染色可能转化到非赫伍德染色。于是提供了一个试图证明四色定理的想法,但是对图4所示图的染色排除了这种可能性。它比赫伍德例子序列更小,且具有十折对称性,构件G4(1)和G5(3)用黑体画出。应用赫伍德颠倒会使染色结果不变。为了验证这一点,只须运用逆时针赫伍德颠倒所遵循的程序,并经由这个赫伍德染色程序返回到原型染色。- v6 @, @- C, L1 {* [/ S
( C z! d; \* @8 c我们对图4所示图运用四种连续的逆时针赫伍德颠倒,第一到最后的颠倒结果描述在独立的图5、6中,再次用黑体画出G4(1)和G5(3)。显而易见,这些染色的每一种情形确实都是赫伍德染色。同时能检验,从最后到第一的染色,通过图的对称旋转,结果随出。8 }& w% i: H0 v" c; x3 c